El diagnóstico de LMC se basa en el aumento de granulocitos en la sangre y médula, y en la demostración de una alteración característica en los cromosomas de las células sanguíneas, el denominado cromosoma Filadelfia (presente en el 95% de los casos de LMC), o de la alteración génica que origina la enfermedad, el denominado oncogén BCR/ABL. Para efectuar estos estudios es necesario analizar de forma detallada tanto la sangre como la médula ósea, obtenida esta última mediante punción del esternón o de una cresta ilíaca (parte postero-superior de los huesos de la pelvis). Finalmente deberá realizarse una biopsia medular (obtención de un pequeño cilindro del mismo hueso pélvico) para poder estudiar la arquitectura de la médula ósea.